在烧结过程中由于烧结温度的提高和烧结时间的延长而导致晶粒长.PPT

第七章 热压烧结 站长素材 SC.CHINAZ.COM 7.1热压烧结的发展 （1）本征过剩表面能驱动力 THE END 2 影响热压烧结的因素 烧结温度、时间和物料粒度是三个直接影响热压烧结的因素。因为随着温度升高，物料蒸汽压增高，扩散系数增大，黏度降低，从而促进了蒸发-凝聚，离子和空位扩散以及颗粒重排和粘性塑性流动过程，使烧结加速。这对于黏性流动和溶解-沉淀过程的烧结影响尤为明显。延长烧结时间一般都会不同程度地促进烧结，但对黏性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。 在加压烧结致密化的第一阶段(也可称为烧结初期），应力的施加首先使颗粒接触区发生塑性屈服。而后在增加了的接触区形成幂指数蠕变区，各类蠕变机制导致物质迁移。同时，原于或空位不可避免地发生体积扩散相晶界扩散。晶界中的位错也可能沿晶界攀移，导致晶界滑动。第一阶段的主要特征是孔洞仍然连通。 在加压烧结第二阶段(也可称为烧结末期)，上述机制仍然存在．只不过孔洞成为孤立的闭孔，位于晶界相交处。同时，并不排除在晶粒内部孤立存在的微孔。 在第一阶段发生的塑性屈服是一个快过程，而蠕变是一个慢过程。通常的压力烧结的应力水平还不足以使材料全部屈服发生塑性流动。因而研究压力烧结的蠕变致密化规律是重要的。 （2）加压位错增值 金属粉末烧结体往往是松散粉末装入摸具中在压力下压制成的压坯。压制压力的施加，也往往使压坯内的位错密度大幅度增加。 Milosevski等人1982年研究了软金届Cu粉于室温下在l00-1100MPa压力下压制时，压坏位错密度的变化趋势。用Cu的X射线衍射谱{11l}晶面(2θ=43.23°)和{002}晶面(2θ=5.35°)的衍射峰为一句，用下式计算为错密度： N=Aβ2 式中A——常数，约为2×1016cm-2；β——衍射峰半宽。 位错密度的最小值可用于下式估计： Nmm=3/Dd2 式中Dd——晶体尺寸，由D==K0.9λ/(βcosθ)确定，其中K=0.9取决于晶体形状，λ为波长（Cu-Kα靶，15.4178pm），θ为Bragg角。 测量和计算的位错密度、压坯相对密度和压制压力的数值如表7-4所示。由表可知．对于软金属Cu，在非常低的压制压力（1000MPa）下，压坯的位错密度已达到1010cm-2数量级。 7.2.3热压烧结的适用范围 热压烧结与常压烧结相比，烧结温度要低得多，而且烧结体中气孔率低，密度高。由于在较低温度下烧结，就抑制了晶粒的生长，所得的烧结体晶粒较细，并具有较高的机械强度。热压烧结广泛地用于在普通无压条件下难致密化的材料的制备及纳米陶瓷的制备。 例： 纳米ZrO2（3Y）粉体采用溶胶-凝胶法制备，经550℃温度煅烧2h，获得粒径约40nm的ZrO=（3Y）粉体。将粉体置于氧化铝磨具中，加载23MPa的外压后，以20℃/min的速度升温到1300℃，保温1h后以10℃/min的速度降至室温，获得的致密的纳米Y-TZP陶瓷，晶粒尺寸约为90nm。 在现代材料工业中，用粉体原料烧结成型的产业有两类，一个是粉末冶金产业，一个是特种陶瓷产业。 所使用的烧结工艺方法主要有两种，一种是冷压成型然后烧结：另一种是热压烧结。 实验证明，采用真空热压烧结可以使产品无氧化、低孔隙、少杂质、提高合金化程度，从而提高产品的综合性能 采用真空热压烧结是一个技术进步,应有广阔的市场需要，其应用领域有： (1)工具类：金刚石及立方氮化硼制品：硬质合金制品;金属陶瓷、粉末高速钢制品。 (2)电工类：软磁、硬磁、高温磁性材料；铁氧体、电触头材料、金属电热材料、电真空材料。 (3)特种材料类：粉末超合金、氧化物弥散强化材料、碳(硼、氮)化物弥散强化材料、纤维强化材料、高纯度耐热金属(钽、铌、钼、钨、铍)与合金、复合金属等。 (4)机械零件类：广泛应用于汽车、飞机、轮船、农机、办公机械、液压件、机床、家电等领域。特别是耐磨与易损的关键零件。 7.3热压烧结工艺 7.3.1 热压烧结生产工艺种类 真空热压 气氛热压 震动热压 均衡热压 热等静压 反应热压 超高压烧结 真空和气氛热压 1 对于空气中很难烧结的制品(如透光体或非氧化物)，为防止其氧化等，研究了气氛烧结方法。即在炉膛内通入一定气体，形成所要求的气氛，在此气氛下进行烧结。而真空热压则是将炉膛内抽成真空。 先进陶瓷中引人注目的Si3N4、SiC等非氧化物，由于在高温下易被氧化，因而在氮及惰性气体中